【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机集群控制，具体涉及一种合作目标间演进式的环境信息传递方法及装置。
技术介绍
1、随着人类探索领域的进一步扩大，无人机执行任务的战场环境也随之动态变化，仅仅依靠单一个体无法及时和有效地完成指定任务。进入21世纪以来，伴随着智能控制、多传感器融合和人工智能等
的发展，相较于单无人机而言，多无人机系统能够合理高效的完成协同任务规划。在多无人机系统研究中，无人机群对外部物理环境的感知建模及内部无人机间环境信息传递更新机制影响了无人机对复杂地形的适应能力。然而，由于任务场景复杂化的发展趋势，传统的建图方式和信息传递更新机制与快速飞行的无人机群存在计算时间和容量上的冲突，导致避障指令计算滞后，给无人机群的安全性带来了极大威胁。因此，需要提高无人机自主、智能构建地图的能力，建立高效易识别的消息传递机制，来应对任务场景的复杂性和动态性。针对这一问题，本专利技术设计了一种合作目标间演进式的环境信息传递方法及装置，该方法及装置适用于多智能体系统，提出基于视觉检测装置的对外部环境物理特征的感知方式，通过机载电脑装置在无人机间不断迭代和更新环境地图获取更可靠的外部环境数据，并通过通信装置在无人机间传递该环境信息，提高集群系统的容错率和可靠性。
2、主流的障碍物检测方法包括使用激光雷达扫描、使用摄像头进行目标检测。无人机在集群飞行时，通过现有的检测方法实现对外部环境的感知，根据障碍物位置选择下一步的飞行路线。但是，对于群体中的某一架无人机而言，由于机载传感器视野有限，当障碍物分布较密集、有遮挡或无法全部标记时，存在较
3、在多重障碍物环境中，对于群体中的某一架无人机而言，当其只根据当前的检测结果计算控制量时，在视野盲区且距离较近的障碍物会给当前无人机带来极大的碰撞威胁，因此如何实现多重障碍物环境的地图构建与更新是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种合作目标间演进式的环境信息传递方法及装置。针对密集环境下障碍物数量多、密度大的场景设计了多智能体间地图构建和消息传递的方案。
2、为达到上述目的，本专利技术提供的一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，技术方案为：该装置设置于集群内的每一架无人机上，装置包括：获取模块、第一计算模块、构建模块、通信模块、更新模块、存储模块以及第二计算模块。
3、获取模块用于获取外部障碍物的特征参数。
4、第一计算模块用于计算无人机与障碍物的相对距离。
5、构建模块用于构建无人机-障碍物参数容器。
6、通信模块用于多无人机间传递构建好的无人机-障碍物参数容器。
7、更新模块用于判断是否需要使用获取的新障碍物参数容器更新本地的障碍物地图。
8、第二计算模块用于在需要更新本地障碍物地图的情况下，对本地障碍物地图进行更新；若无需更新本地的障碍物地图，则第二计算模块无需计算。
9、存储模块于存储全局障碍物地图信息。
10、进一步地，获取模块为机载双目相机，机载双目相机通过目标检测算法识别外部障碍物，并计算外部障碍物坐标，同时识别外部障碍物的颜色、形状，记录为外部障碍物的特征参数。
11、进一步地，参数容器为一种数据结构，用于存储特征参数，构建模块用于构建无人机与外部障碍物的参数容器，具体为：记录无人机本机编号、检测到外部障碍物时的时间戳，外部障碍物在无人机坐标系下的坐标、无人机与障碍物间的相对距离，同时识别外部障碍物的颜色和形状特征，依次存入参数容器。
12、进一步地，通信模块用于多无人机间传递构建好的无人机-障碍物参数容器，具体为：通信模块将时间戳、本机编号、外部障碍物在本机坐标系下的坐标、与外部障碍物的相对距离和障碍物特征容器整合成一条消息message，向邻居无人机进行广播。
13、进一步地，更新模块用于判断是否需要使用获取的新障碍物参数容器更新本地的障碍物地图，具体的判断规则为：
14、当前无人机接收来自其他无人机的广播消息，广播消息中包含参数容器中信息，对于广播消息中的外部障碍物信息，判断当本地地图中已经存有关于该外部障碍物的信息时，则依据如下更新规则更新本地地图：
15、当接收到的广播消息message在时间上新于本地地图mapk，且message中相对位置小于等于mapk中相对位置，即message的测量位置距离外部障碍物更近时，此时选用message中的外部障碍物信息来更新本地地图mapk中的外部障碍物信息；
16、当接收到的消息message在时间上老于本地地图mapk，且message中相对位置大于mapk中相对位置，即message的测量位置距离障碍物更远时，则丢弃该message消息，保留原来的本地地图；
17、当接收到的广播消息message在时间上老于本地地图数据mapk，但其测量数据距离障碍物更近；或是当接收到的消息数据message在时间上新于本地地图数据mapk，但其发出距离障碍物更远时，则考虑时间和距离两个指标对障碍物测量结果的影响权重，其中vmig表示无人机向前迁移的速度，那么tass表示广播消息message与本地地图mapk二者存储数据里无人机与外部障碍物相对距离之差与速度的商；当|tass|≥|mestk-maptk|时，选用距外部障碍物更近的数据更新本地地图；当|tass|<|mestk-maptk|时，选用时间更新的数据更新本地地图；其中mestk、maptk分别为广播消息message和本地地图数据mapk的时间戳。
18、进一步地，更新模块中，还包括如下更新规则：
19、设定时间阈值tth和距离阈值rth，若满足
20、|mestk-maptk|>tth or|||jpj-jpobs||-||ipi-ipobs|||>rth，则才选用广播消息message来更新本地地图mapk的障碍物信息，否则，不更新本地地图。
21、其中jpj、jpobs、ipi、ipobs分别为无人机j自身实时坐标和外部障碍物坐标、无人机i的自身实时坐标和外部障碍物坐标；
22、本专利技术还提供了一种合作目标间演进式的环境信息传递方法，包括如下步骤：
23、a1：无人机i通过导航定位获取自身实时坐标向量ipi，同时识别障碍物，并计算外部障碍物坐标ipobs；
24、a2：记录检测到该障碍物时的时间戳mestk，计算无人机与障碍物间的相对距离||ipi-ipobs|本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，其特征在于，该装置设置于集群内的每一架无人机上，该装置包括：获取模块、第一计算模块、构建模块、通信模块、更新模块、存储模块以及第二计算模块；
2.如权利要求1所述的一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，其特征在于，所述获取模块为机载双目相机，所述机载双目相机通过目标检测算法识别外部障碍物，并计算外部障碍物坐标，同时识别外部障碍物的颜色、形状，记录为外部障碍物的特征参数。
3.如权利要求1或2所述的一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，其特征在于，所述参数容器为一种数据结构，用于存储特征参数，所述构建模块用于构建无人机与外部障碍物的参数容器，具体为：
4.如权利要求1或2所述的一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，其特征在于，所述通信模块用于多无人机间传递构建好的无人机-障碍物参数容器，具体为：
5.如权利要求4所述的一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，其特征在于，所述更新模块用于判断是否需要使用获取的新障碍物参数容器更新本地的障碍物地图，具体的判断规则为：
6.如权利
7.一种合作目标间演进式的环境信息传递方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.如权利要求7所述一种合作目标间演进式的环境信息传递方法，其特征在于，所述A6中，根据设定的更新规则对该更新本地障碍物地图中该障碍物的信息，具体为：
9.如权利要求8所述的一种合作目标间演进式的环境信息传递方法，其特征在于，所述考虑时间和距离两个指标对障碍物测量结果的影响权重，当距离影响权重较大时，选用距所述外部障碍物更近的数据更新本地地图；当时间影响权重较大时，选用时间更新的数据更新本地地图，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，其特征在于，该装置设置于集群内的每一架无人机上，该装置包括：获取模块、第一计算模块、构建模块、通信模块、更新模块、存储模块以及第二计算模块；
2.如权利要求1所述的一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，其特征在于，所述获取模块为机载双目相机，所述机载双目相机通过目标检测算法识别外部障碍物，并计算外部障碍物坐标，同时识别外部障碍物的颜色、形状，记录为外部障碍物的特征参数。
3.如权利要求1或2所述的一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，其特征在于，所述参数容器为一种数据结构，用于存储特征参数，所述构建模块用于构建无人机与外部障碍物的参数容器，具体为：
4.如权利要求1或2所述的一种合作目标间演进式的环境信息传递装置，其特征在于，所述通信模块用于多无人机间传递构建好的无人机-障碍物参数容器，具体为：
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：沈凯，李诗颖，丁应和，许正，郭文君，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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